13.3: Organização dos Genes

Visão Geral

Os genomas dos eucariotas podem ser estruturados em várias categorias funcionais. Uma cadeia de DNA é composta por genes e regiões intergénicas. Os genes em si consistem em exões codificantes de proteínas e intrões não codificantes. Os intrões são excisados assim que a sequência é transcrita para mRNA, deixando apenas exões para codificar proteínas.

Genes Eucarióticos Estão Separados por Regiões Intergénicas

Em genomas eucarióticos, os genes estão separados por grandes porções de DNA que não codificam proteínas. No entanto, essas regiões intergénicas carregam elementos importantes que regulam a atividade genética, por exemplo, o promotor onde a transcrição começa, e amplificadores e silenciadores que afinam a expressão genética. Por vezes, esses locais de ligação podem estar localizados longe do gene associado.

Exões Codificantes de Proteínas Estão Intercalados por Intrões

Conforme os cientistas investigaram o processo de transcrição genética em eucariotas, eles perceberam que o mRNA final que codifica uma proteína é menor do que o DNA do qual ele é derivado. Essa diferença de comprimento deve-se a um processo chamado splicing. Assim que o pré-mRNA é transcrito do DNA no núcleo, o splicing remove imediatamente intrões e junta exões. O resultado é mRNA codificante de proteína que se move para o citoplasma e é traduzido em proteína.

O Número de Intrões por Gene Pode Variar Significativamente

Um dos maiores genes humanos, DMD, tem mais de dois milhões de pares de bases. Este gene codifica a proteína muscular distrofina. Mutações no DMD causam distrofia muscular, um distúrbio caracterizado pela deteriorização muscular progressiva. Este gene contém 79 exões e 103 intrões. Na outra extremidade do espectro está o gene da histona H1A—é um dos genes mais pequenos do genoma humano com extensão de apenas 781 pares de bases com um exão e nenhum intrão.

Os Intrões Carregam Funções Importantes

Os intrões são lixo do DNA que precisa ser removido? Curiosamente, os intrões podem carregar elementos que são importantes para a regulação genética. Além disso, a excisão inicial da transcrição e a junção de exões permite que sequências de DNA sejam misturadas. Este processo de mistura e combinação de exões é conhecido como splicing alternativo. Torna possível produzir várias variantes proteicas a partir de uma única sequência de codificação.

A Grande Maioria do Genoma Humano Não Codifica Proteínas

Sabia que 99% do seu genoma não codifica proteínas? Nos primeiros tempos de investigação do genoma, os biólogos cunharam o termo ‘DNA lixo’ para essas sequências aparentemente não funcionais. Entretanto, aprendemos que uma grande parte do DNA não codificante tem funções importantes. Pelo menos 9% do genoma humano está envolvido na regulação genética—isso é nove vezes mais do que sequências de codificação de proteínas.

Junto com o arranjo complexo de material genético no núcleo de uma célula, os genes humanos também demonstram sua própria organização única. Disperso entre os cromossomas estão mais de 20.000 genes, às vezes separado por vastos trechos de DNA não codificante, ou aquele que não codifica proteínas. A chave para a organização de um gene individual é o seu promotor, para no qual máquinas, especialmente RNA polimerase, podem se anexar.

Quando esta enzima reconhece um local de iniciação de transcrição próximo, começa a gerar uma fita de RNA, usando DNA como modelo. A polimerase então atravessa o material genético e continua a produzir RNA, até que ele identifique a sequência de terminação na transcrição de um gene, parando o processo. É importante ressaltar que entre estes pontos inicial e final encontram-se áreas chamadas intrões e exões, ambos sendo refletidos no produto de RNA.

No entanto, subsequente os processos removem intrões desta transcrição. Uma vez que este RNA será usado para gerar proteínas, exões são denotados como regiões codificantes, Considerando que os intrões são outros exemplos de material não codificado. Curiosamente, outros tipos de DNA não codificantes, como silenciadores, também estão associados a genes.

As proteínas chamadas repressoras se ligam a essas regiões, impedindo a associação do promotor da polimerase inibindo a transcrição. Como resultado, os silenciadores ajudam a regular a expressão do gene. Assim, um gene consiste de vários componentes, entre eles um promotor, exões, intrões, e elementos regulatórios, que juntos ajudam a determinar a expressão de proteínas em uma célula.